专利名称：液体燃料合成方法及液体燃料合成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从天然气等烃原料合成液体燃料的液体燃料合成方法及液体燃料合成装置。本申请于2008年09月30日在日本申请的专利申请2008-253213并主张优先权， 将其内容引用于此。
背景技术：
近年来，作为用于从天然气合成液体燃料的方法之一，开发了 GTUGasTo Liquids 液体燃料合成)技术，该技术将天然气重整而生成以一氧化碳气体(CO)和氢气 (H2)为主成分的合成气，以该合成气为原料气通过费托合成反应(以下称为“FT合成反应”)合成液体烃，进而通过对该液体烃进行加氢及精制来制造石脑油(粗汽油)、煤油、轻油、蜡等液体燃料产品。在FT合成反应工序中，作为反应装置之一，例如使用被称为泡罩塔型浆料床式反应器的反应装置。该泡罩塔型浆料床式反应器形成为在塔型容器内部可收容包含催化剂和介质油的浆料的构成，在反应器的底部设置有分散板。在FT合成反应工序中，合成气从该反应器的底部经由分散板成为气泡而供给到反应器内，从反应器内的下部向上部在浆料内通过，在悬浮状态中发生合成反应。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特表2007-533662号公报
发明内容
发明想要解决的课题但是，在上述FT合成反应工序中，从反应器的底部供给的合成气在从浆料的下部向上部通过的过程中缓缓发生合成反应，其分压不断减少。因此，与浆料的下部相比，存在在浆料的上部合成反应的反应速度降低、液体燃料的生产效率降低的问题。本发明鉴于这样的问题而作出，其目的在于提供能有效地合成液体燃料的液体燃料合成方法及液体燃料合成装置。用于解决课题的手段本发明的液体燃料合成方法包含下述工序合成工序，其使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气与将固体催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料在反应器中进行反应而合成液体燃料；合成气供给工序，其从以不同的高度设置在所述反应器上的多个供给机构向所述反应器供给所述合成气。此外，本发明的液体燃料合成装置具备反应器，其使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气与将固体催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料反应而合成液体燃料；多个供给机构，其以不同的高度设置在所述反应器上，向所述反应器供给所述合成气。
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根据本发明，由于合成气从以不同的高度设置在反应器上的多个供给机构向反应器供给，因此与仅从反应器的底部供给合成气的情况相比，在反应器的上部也能够分布充分的分压的合成气。由此，在反应器整体上能够均一地进行合成反应，因此能有效地合成液体燃料。另外，本发明中，由于能够向反应器整体均一地供给合成气来有效地合成液体燃料，因此也能使反应器自身小型化。在上述的液体燃料合成方法及上述的液体燃料合成装置中，上述多个供给机构的设置高度及个数可以以上述反应器内的合成气的分压成为一定的方式来确定。上述多个供给机构可以具有设置在上述反应器底部的第1供给机构和设置在比该第1供给机构高的位置的多个第2供给机构。上述各第2供给机构可以具有在上述反应器的横截面上设置的多个供给口。此时，即使在反应器的横截面方向上也从多个供给口向反应器供给合成气，因此能够使反应器整体的合成气的分压更均一。可以对从上述各第2供给机构供给的上述合成气的流量分别进行调整。此时，例如根据反应器的周围的环境，能够对从上述各第2供给机构供给的上述合成气的流量分别进行调整，因此能灵活地进行处理。从上述各第2供给机构供给的上述合成气的流量可以基于上述反应器的气体空塔速度来确定。作为预先确定的手段，例如可以进行实验或模拟，基于该实验或模拟的结果能够确定从上述各第2供给机构供给的上述合成气的流量。上述第2供给机构可以具备以从上述反应器的中心通过的方式设置的基干部、和与该基干部连接、形成为与上述反应器构成同心圆的环状、且各自直径不同的多个环状配管，上述多个供给口形成在上述多个内部配管处。此外，上述第2供给机构也可以具备以从上述反应器的中心通过的方式设置的基干部、和从该基干部沿水平延伸的多个分支部，上述多个供给口形成在上述多个分支部处。在上述的液体燃料合成方法的上述合成气供给工序中，可以使在上述合成工序中未反应的上述合成气循环而供给到上述反应器中。此时，能够将未反应的合成气再利用，因此能够有效地利用烃原料。在上述合成气供给工序中，可以以在上述合成工序中上述反应器的气体空塔速度成为0. 04m/s 0. 3m/s的范围内的方式供给上述合成气，进而，可以以上述反应器的气体空塔速度成为0. lm/s 0. 2m/s的范围内的方式供给上述合成气。发明效果根据本发明，能够有效地合成液体燃料。
图1是表示本发明的第1实施方式的液体燃料合成系统的整体构成的概略图。图2是表示同实施方式的泡罩塔型反应器的构成的概略图。图3A是表示同实施方式的泡罩塔型反应器的构成的横截面图。图;3B是表示同实施方式的泡罩塔型反应器的构成的横截面图。图3C是表示同实施方式的泡罩塔型反应器的构成的横截面图。图4是表示本发明的第2实施方式的泡罩塔型反应器的构成的概略图。
具体实施例方式[第1实施方式]下面参照附图对本发明的第1实施方式进行详细说明。另外，本说明书及附图中， 对于实质上具有相同的功能构成的构成要素赋予相同的附图标记而省略重复说明。首先，参照图1对本实施方式的实行GTLOias To Liquids)工艺的液体燃料合成系统1的整体构成及工序进行说明。图1是表示本实施方式的液体燃料合成系统1的整体构成的概略图。如图1所示，本实施方式的液体燃料合成系统1为实行将天然气等烃原料转换为液体燃料的GTL工艺的工厂设备。该液体燃料合成系统1由合成气生成单元3、FT合成单元5、产品精制单元7构成。合成气生成单元3对作为烃原料的天然气进行重整，生成包含一氧化碳气体和氢气的合成气。FT合成单元5通过FT合成反应由生成的合成气生成液体烃。产品精制单元7对通过FT合成反应生成的液体烃进行加氢、精制来制造液体燃料产品 (石脑油、煤油、轻油、蜡等)。下面对这些各单元的构成要素进行说明。首先，对合成气生成单元3进行说明。合成气生成单元3例如主要具备脱硫反应器10、重整器12、废热锅炉14、气液分离器16及18、脱碳酸装置20、氢分离装置26。脱硫反应器10由氢化脱硫装置等构成，从原料即天然气中除去硫成分。重整器12对从脱硫反应器10供给的天然气进行重整，生成含有一氧化碳气体(CO)和氢气(H2)作为主成分的合成气。废热锅炉14将在重整器12中生成的合成气的废热回收，产生高压蒸汽。气液分离器16将在废热锅炉14中通过与合成气的热交换被加热的水分离成气体(高压蒸汽)和液体。气液分离器18从被废热锅炉14冷却的合成气中除去冷凝部分，将气体部分供给到脱碳酸装置20。脱碳酸装置20具有采用吸收液从由气液分离器18供给的合成气中除去碳酸气的吸收塔22、和从含有该碳酸气的吸收液中使碳酸气散发而进行再生的再生塔M。氢分离装置沈从被脱碳酸装置20分离了碳酸气的合成气中分离一部分在该合成气中所含的氢气。其中，上述脱碳酸装置20根据情况有时不需要设置。其中，重整器12例如通过用下述化学反应式(1)、(幻表示的水蒸气-碳酸气重整法，使用二氧化碳和水蒸气来重整天然气，生成以一氧化碳气体和氢气为主成分的高温的合成气。另外，该重整器12的重整法不限于上述水蒸气-碳酸气重整法的例子，例如，还可以利用水蒸气重整法、使用了氧的部分氧化重整法(POX)、作为部分氧化重整法和水蒸气重整法的组合的自热式重整法(ATR)、碳酸气重整法等。CH4+H20 — C0+3H2(1)CH4+C02 — 2C0+2H2(2)此外，氢分离装置沈被设置在从将脱碳酸装置20或气液分离器18与泡罩塔型反应器30连接的主配管分支的支线上。该氢分离装置沈例如可以由利用压力差来进行氢的吸附和脱附的氢PSA (Pressure SwingAdsorption 变压吸附)装置等构成。该氢PSA装置在并列配置的多个吸附塔(未图示)内具有吸附剂(沸石系吸附剂、活性碳、氧化铝、硅胶等)，通过在各吸附塔中依次重复氢的加压、吸附、脱附(减压)、清洗各工序，能够连续供给从合成气分离得到的纯度高的氢气(例如99. 999%左右)。另外，作为氢分离装置沈中的氢气分离方法，不限定于上述氢PSA装置那样的变压吸附法的例子，例如还可以是储氢合金吸附法、膜分离法、或者它们的组合等。储氢合金法是例如使用具有通过冷却/加热来吸附/释放氢的性质的储氢合金 (TiFeaaNi5, TiFe0., ^ 0.9Mn0.3 ^ 0.1或TiMn1.5 ^ )将氢气分离的方法。设置收容有储氢合金的多个吸附塔，在各吸附塔中，使通过储氢合金的冷却进行的氢的吸附、和通过储氢合金的加热进行的氢的释放交替重复，从能够将合成气内的氢气分离、回收。此外，膜分离法是使用芳香族聚酰亚胺等高分子原材料的膜从混合气体中将膜透过性优良的氢气分离的方法。该膜分离法由于不伴随相变化，因此运转所需要的能量少，流水线成本低。此外，膜分离装置的构造简单且紧凑，因此设备成本低，设备所需面积小。进而，在分离膜中没有驱动装置，稳定运转范围大，因此具有容易保养管理的优点。接着，对FT合成单元5进行说明。FT合成单元5例如主要具备泡罩塔型反应器 30、气液分离器34、分离器36、气液分离器38、和第1精馏塔40。泡罩塔型反应器30使在上述合成气生成单元3中生成的合成气、即一氧化碳气体和氢气进行FT合成反应而生成液体烃。气液分离器34将在配设于泡罩塔型反应器30内的传热管32内流通而被加热的水分离成水蒸气(中压蒸汽)和液体。分离器36被连接在泡罩塔型反应器30的中央部，对催化剂和液体烃产物进行分离处理。气液分离器38与泡罩塔型反应器30的顶部连接，对未反应的合成气及气体烃产物等进行冷却处理。第1精馏塔40对从泡罩塔型反应器30经由分离器36、气液分离器38而被供给的液体烃进行蒸馏，根据沸点分离精制成各馏分。其中，泡罩塔型反应器30是从合成气合成液体烃的反应器的一例，作为通过FT合成反应从合成气合成液体烃的FT合成用反应器发挥功能。该泡罩塔型反应器30例如由在塔型的容器内部存积了包含催化剂和介质油的浆料的泡罩塔型浆料床式反应器构成。该泡罩塔型反应器30通过FT合成反应从合成气生成液体烃。详细而言，被供给到泡罩塔型反应器30中的合成气在包含催化剂和介质油的浆料内通过，在悬浮状态中如下述化学反应式(3)所示氢气与一氧化碳气体发生合成反应。
权利要求
1.一种液体燃料合成方法，其包含下述工序合成工序，其使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气与将固体催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料在反应器中进行反应而合成液体燃料；合成气供给工序，其从以不同的高度设置在所述反应器上的多个供给机构向所述反应器供给所述合成气。
2.根据权利要求1所述的液体燃料合成方法，其中，所述多个供给机构具备设置在所述反应器底部的第1供给机构和设置在比该第1供给机构高的位置的多个第2供给机构，从所述第1供给机构及所述第2供给机构向所述反应器供给所述合成气。
3.根据权利要求2所述的液体燃料合成方法，其中，所述各第2供给机构从设置在所述反应器的横截面上的多个供给口向所述反应器内供给所述合成气。
4.根据权利要求2或3所述的液体燃料合成方法，其中，对从所述各第2供给机构供给的所述合成气的流量分别进行调整。
5.根据权利要求2 4中任一项所述的液体燃料合成方法，其中，从所述各第2供给机构供给的所述合成气的流量根据所述反应器的气体空塔速度来确定。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的液体燃料合成方法，其中，在所述合成气供给工序中，使在所述合成工序中未反应的所述合成气循环而供给到所述反应器中。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的液体燃料合成方法，其中，在所述合成气供给工序中，按照在所述合成工序中所述反应器的气体空塔速度成为0. 04m/s 0. 3m/s的范围内的方式供给所述合成气。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的液体燃料合成方法，其中，在所述合成气供给工序中，按照在所述合成工序中所述反应器的气体空塔速度成为0. lm/s 0. 2m/s的范围内的方式供给所述合成气。
9.一种液体燃料合成装置，其具备反应器，其使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气与将固体催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料反应而合成液体燃料；多个供给机构，其以不同的高度设置在所述反应器上，向所述反应器供给所述合成气。
10.根据权利要求9所述的液体燃料合成装置，其中，所述多个供给机构的设置高度及个数按照所述反应器内的合成气的分压成为一定的方式来确定。
11.根据权利要求9或10所述的液体燃料合成装置，其中，所述多个供给机构包含设置在所述反应器底部的第1供给机构和设置在比该第1供给机构高的位置的第2供给机构。
12.根据权利要求11所述的液体燃料合成装置，其中，所述第2供给机构具有设置于所述反应器的横截面的多个供给口。
13.根据权利要求12所述的液体燃料合成装置，其中，所述第2供给机构具备基干部，其以从所述反应器的中心通过的方式被设置；和各自直径不同的多个环状配管，其与该基干部连接，形成为与所述反应器构成同心圆的环状；所述多个供给口形成在所述多个内部配管处。
14.根据权利要求12所述的液体燃料合成装置，其中，所述第2供给机构具备；基干部，其以从所述反应器的中心通过的方式被设置；和多个分支部，其从该基干部沿水平延伸； 所述多个供给口形成在所述多个分支部处。
全文摘要
本发明的液体燃料合成方法包含下述工序合成工序，其使以一氧化碳气体及氢气为主成分的合成气与将固体催化剂粒子悬浮在液体中而成的浆料在反应器中进行反应而合成液体燃料；合成气供给工序，其从以不同的高度设置在所述反应器上的多个供给机构向所述反应器供给所述合成气。
文档编号C10G2/00GK102165039SQ200980138039
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月25日 优先权日2008年9月30日
发明者大西康博, 平间昭彦 申请人:克斯莫石油株式会社, 吉坤日矿日石能源株式会社, 国际石油开发帝石株式会社, 新日铁工程技术株式会社, 日本石油天然气·金属矿物资源机构, 石油资源开发株式会社